淺議生物藥物研發中對于蛋白質工程技術的應用

鄭昆，楊紅

（1.吉林化工學院，吉林吉林 132012；2.吉林工貿學校，吉林吉林 132012）

隨著人們在生命科學方面的研究越來越深化，所獲得的研究成果越來越多、越來越成熟，在新藥研究中，生物制藥所占的比例在不斷增加。新藥的研發人員也逐漸將關注點與研究方向轉移到生物藥物研究方面，開始為其研發投入更多的時間與精力[1]。通過大量的實驗表明，在生物藥物研究方面，蛋白質工程技術所能夠起到的作用越來越大，并且其發展前景也非常廣闊。

1 生物藥物未來的發展

與其他化學制藥相同，生物藥物的功能也是為患者預防、診斷以及治療疾病。但相對于其他制藥模式而言，生物藥物研發技術方面更為復雜，需要應用到化學、物理、生物以及藥學等諸多方面的知識與原理，此外還需要應用到多個學科的研究成果。在此基礎上，還需要針對生物的部分成分來制藥，例如選擇生物的細胞、組織、體液來進行制藥[2]。具體生物藥物研究中除了要準備上述工作之外，還需要涉及多個方面的知識與理論，并在前人的基礎上深入創新與完善，才能夠形成多種渠道的生物制藥生產渠道，研究出適用于各方面的生物藥物，促進生物藥物特性的深入研究發展，保障人們身體健康。

正常生物體自身可以保持健康狀態，主要是因為生物在自身內部可以持續不斷地產生蛋白質、酶、抗體及核苷酸等各種調控物質來促進新陳代謝，通過應用這些物質，能夠有效保障生物體的正常生理機能。所以結合這一特點，生物制藥的研發人員可以從中提取這些特殊的調控物質，將其作為生物藥物制造的原料。相對于化學藥物而言，以生物形式獲得藥物具有更高的藥理活性，且毒副作用更小，同時還具有更高的治療針對性。與此同時，因為不同物種之間存在一定的差異，所以也會同其他藥物一樣，生物藥物也會造成過敏或者免疫反應等副作用，這些情況都是無法避免的。

隨著科研人員在生物藥物方面的研究不斷的深入，所研發出的生物藥物的種類越來越多。當前以生物工程特點和使用情況可以劃分為如下四類。

1.1 用于治療

治療方面的生物藥物應用較為特殊，一般情況下，艾滋病或腫瘤類疾病會應用此類藥物來解決問題。

1.2 用于預防

一般而言，疫苗、菌苗以及各種霉素等都屬于預防類生物藥物的應用范圍，其所針對的大部分是具有傳染性的疾病。

1.3 用于診斷疫苗

在診斷疫苗方面，生物藥物的應用相對于其他類藥物而言優勢更為明顯，除了起效快之外，療程也較短，當前較為常見的診斷疫苗類生物藥物大致分為酶診斷、免疫診斷以及基因診斷等多種形式。

1.4 用于其他方面

生物藥物的種類非常多，并且功能強大，除了在藥物領域正在應用之外，還廣泛應用于生物保健、生物化妝品以及生物食品等方面，整體具有很好的前景。

隨著生物藥物所表現出的優勢與效果，人們對于生物藥物的認識也不斷加深，對于生物藥物的需求量也在快速增長，所以無論是國內市場還是國際市場，生物藥物的生產規模都是在快速上漲。盡管當前我國在生物藥物研制方面已經投入近萬億元，但與起步較早的國際市場的差距仍非常顯著，因此我國生物藥物的研發空間潛力巨大，市場前景廣闊。

2 蛋白質工程技術在生物藥物研發中的具體應用

2.1 定點突變工程技術

定點突變是按照生物醫藥的結構與功能開展針對性的改造，涵蓋了活性基因、DNA序列和特定核苷酸序列的特定插入和刪除，從而對生物大分子的氨基酸序列進行改變，進而改變藥性，其在生物藥物編碼序列和一級結構中有著很好的修飾作用。相對于自然因素和化學因素所誘導的突變而言，定點突變具有更強的特異性，而且具有更強的可重復性。通過對相應的能夠改變生物藥物功能與性質的核苷酸進行改變，可以獲得活性更高的改良生物藥物。以納豆激酶為例，其本身是由納豆枯草桿菌產生的具有溶解纖維蛋白活性的酶，在心血管藥物開發中應用價值較高。但是實際應用中，納豆激酶很容易被氧化，穩定性較差，而利用定點突變技術，將絲氨酸和丙氨醛加入其核苷酸序列中，并且對其催化殘基和附近的蘇氨酸位點進行改變，使得其能夠在大腸桿菌中高表達，并且顯著提升了自身的抗氧化能力。而且還可以借助催化抗體的形式調節免疫球蛋白的活性，應用突變技術提高相應的催化酶活性，進而加速酶解反應。此外，應用PCR法開展定點突變也可以改變核苷酸序列，輔助以包涵體對蛋白進行特異性變性與復性處理，可以實現對蛋白的純化，同時還可以提升其生物活性。

2.2 體外定向進化技術

定點突變技術比較適合應用于天然蛋白的少數位點突變，并且蛋白質本身的高級結構沒有較為明顯的變化，而且蛋白質自身功能只是出現部分變化。但由于人們對于蛋白質工程的認識已經不再局限于少部分改變蛋白質的結構和功能，所以體外分子定向轉化技術在改造蛋白質結構與工程方面應用價值得以體現。蛋白質工程技術中，體外定向轉化又稱為分子進化，其具體是借助體外DNA或PCR技術以高通量篩選的模式對蛋白質工程涉及藥物進行處理，并且繼續篩選其中活性較高的藥物，通過此方式來獲得自然界中不存在的高品質藥物。相對于定點突變而言，體外定向進化技術無需獲得藥物結構和工程方面的信息，所以該技術也被稱作是非理性設計。在易出錯的PCR開展體外擴增時，通過應用適當的條件，導致堿基出現錯誤配對的情況，這種突變屬于隨機突變，具有簡單和快速的特點，所以需要術后借助其他技術來進行篩選[3]。一般而言，只采用一輪定向篩選與選擇無法達到預期的目標，需要連續重復的篩選。通過多次在錯誤中的篩選，最終獲得所需要的有益突變基因，從隨機誘變最終獲得有益的積累突變。例如，1,3-丙二醇在醫學領域應用較為廣泛，其能夠被用作為聚酯、聚醚和聚氨酯的合成單體，在1,3-丙二醇合成過程中，同工酶活性要遠高于1,3-丙二醇氧化還原酶，而同工酶就是借助突變篩選來獲得突變的氧化還原酶，同工酶也被應用于其他醛類反應中，能夠起到很好的催化作用。此外，結合抗原決定簇的化學基團與環氧化物中間體都能夠調節藥物結構，進而使得其生物活性得到顯著提升。

DNA改組，具體是打碎部分同源，但互相存在部分差異的基因序列，并且將其小片段隨機重組，此過程匯總借助重疊堿基促進其隨機配對，最終形成重組的全長核苷酸序列，模擬自然界重組篩選DNA。在改良優化酶與蛋白藥物中，DNA重組技術的應用比較廣泛，其能夠很好地篩選酶的活性、穩定性與特異性。

2.3 蛋白質工程技術中的轉運RNA技術

在蛋白質工程中，轉運RNA技術可以把非天然的氨基酸特異性插入到蛋白質中，所以此方式又被稱作非天然氨基酸的替代法。此方法能夠選擇性地改造蛋白質功能，首先借助化學氨酰化抑制轉運RNA，并且使得其出現錯酰化的情況，與此同時，使其攜帶非天然氨基酸，把錯酰化的轉運RNA反密碼子靶向轉移到目的蛋白中，最終獲得所需要的蛋白質。

3 結語

當前世界多個領域都已經開始發展應用生物工程技術，生物藥物的研發速度也在快速提升，將蛋白質工程技術充分應用到生物藥物的研發中去，能夠顯著提升生物藥物的研發速度和效率。通過合理應用蛋白質工程技術，生物藥物研究人員可以更加輕松和隨意的設計與裁切蛋白質分子，進而可以從中獲得更多具有新結構、新功能的生物藥物，以更多效果更好、副作用更小的藥物，更好地挽救人們的生命，提升人們的生活質量。